CC BY
14
Экология
УДК 581.192 Б01: 10.24412/1728-323Х-2022-2-5-8
ЦЕНОПОПУЛЯЦИОННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ КЕДРОВОГО СТЛАНИКА ПО СОДЕРЖАНИЮ ФЕНОЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ В ОЙМЯКОНСКОМ РАЙОНЕ РЕСПУБЛИКИ САХА (ЯКУТИЯ)
А. Г. Васильева, магистрант, [email protected], Северо-Восточный федеральный университет имени М. К. Аммосова, Якутск, Россия,
Н. К. Чирикова, доктор фармацевтических наук, профессор, Северо-Восточный федеральный университет имени М. К. Аммосова, Якутск, Россия
Аннотация. Pinuspumila в Якутии занимает одну из главных ролей в функционировании таежных и лесотундровых экосистем, занимает пограничное положение между лесным поясом и горной тундрой в горных экосистемах.
В данной работе представлены результаты количественного анализа фенольных соединений спиртовых экстрактов P. pumila., произрастающего в разных ценопопуляциях Оймяконского района Республики Саха (Якутия). Определение количественного содержания флавоноидов, фенилпро-паноидов проводили спектрофотометрическим методом на спектрофотометре СФ-2000. Общее содержание фенольных соединений в растительном сырье устанавливали по продуктам их окисления с реактивом Фолина—Чокальтеу.
Установлено, что количественное содержание фенольных соединений (суммарное содержание фенольных соединений, флавоноидов, фенилп-ропаноидов, дубильных веществ) в хвое Pinus pumila в зависимости от мест произрастания отличается. Вариации по накоплению суммы фенольных соединений в 4 образцах P. pumila находятся в пределах 24,95—33,93 %, флавоноидов — 0,953—1,28 %, фенилпропаноидов — 0,67—0,88 %, дубильных соединений — 23,94—25,56 %. В образце из ольховниково-багульниковой ассоциации, произрастающем на каменистой почве, было обнаружено наибольшее содержание фенольных соединений. Также морфологические изменения Pinus pumila позволяют утверждать об оптимальных условиях произрастания данного вида в Оймяконском районе Якутии.
Abstact. Pinus pumila in Yakutia occupies one of the main places in the functioning of the taiga and forest-tundra ecosystems; it occupies a border position between the forest belt and mountain tundra in the mountain ecosystems.
This paper presents the results of a quantitative analysis of phenolic compounds in alcohol extracts of P.pumila growing in different cenopopulations of the Oymyakon Region of the Republic of Sakha (Yakutia). The determination of the quantitative content of flavonoids, phenylpropanoids was carried out by the spectrophotometric method on an SF-2000 spectrophotometer. The total content of phenolic compounds in plant raw materials was determined from their oxidation products with the Folin—Ciocalteu reagent.
It has been established that the quantitative content of phenolic compounds (total content of phenolic compounds, flavonoids, phenylpropanoids, tannins) in the needles of Pinus pumila differs depending on the place of growth. Variations in the accumulation of the sum of phenolic compounds in 4 samples of P.pumila, are within 24.95-33.93 %, flavonoids — 0.953-1.28 %, phenylpropanoids — 0.67-0.88 %, tannins — 23.94-25.56 %. In the sample from the al-der-ledum association, growing on stony soil, the highest content of phenolic compounds was found. Also, the morphological changes in Pinus pumila allow us to state the optimal conditions for the growth of this species in the Oymyakonsky District of Yakutia.
Ключевые слова: Pinus pumila, ценопопуляции, экологические факторы, фенольные соединения, флавоноиды, химический скрининг.
Keywords: Pinus pumila, cenopopulations, environmental factors, phenolic compounds, flavonoids, chemical screening.
Информация о финансировании. Результаты были получены в рамках выполнения государственного задания Минобрнауки России (FSRG-2020-0019).
Financing information. The results were obtained within the framework of the state assignment of the Ministry of Education and Science of the Russian Federation (FSRG-2020-0019).
Введение. Кедровый стланик (Pinus pumila (Pall.) Regel) — хвойный ветвистый стелющийся кустарник со средней высотой в Якутии до 2—5 м, но способный достигать в оптимальных условиях больших размеров [1, 2]. Pinus pumila в Якутии занимает одну из главных ролей в функционировании таежных и лесотундровых экосистем, занимает пограничное положение между лесным поясом и горной тундрой в горных экосистемах. В Восточной Якутии кедровый стланик широко
распространен в подлеске лиственничных л есов и в горах как самостоятельное растительное сообщество. Зона кедрового стланика в структуре высотной поясности горных хребтов поднимается в горы до высоты 800—1200 м. Он растет в виде кустов высотой 2—2,5 м, а на вершинах плато — в виде стелющихся одноствольных деревьев. Среди других сосен выделяется высоким уровнем генетической изменчивости и экологической пластичности, неприхотлив к эдафическим условиям
[3]. Различие в содержании некоторых феноль-ных веществ в хвое рода Ртыъ может служить критерием оценки межпопуляционных отличий на генетическом уровне [4]. К примеру, известно, что основными компонентами эфирных масел образцов из Якутии и Бурятии являются моно-терпеновые соединения с преобладанием а-пи-нена (20,3—42,2 %). Исследования показали, что эфирное масло кедрового стланика из Бурятии и Якутии отличается повышенным содержанием а277,278-терпинилацетата (3,6—7,3 %) по сравнению с Хабаровским краем, о. Кунашир и Японией (0,1—1,3 %). Это обусловлено тем, что при низких температурах и малом количестве осадков накапливается большое количество а-пинена, а в умеренном морском климате в составе масла возрастает количество 3-карена [3].
Чаще всего в динамике изменения морфомет-рических и биохимических показателей большое значение имеют климатические особенности местности и погодные условия, однако в нашем случае исследуемые ценопопуляции находятся в пределах одной климатической зоны. Согласно литературным данным, имеются свидетельства того, что с повышением высоты местообитаний, увеличением инсоляции, снижением температуры и количества осадков в листьях растений возрастает накопление фенольных соединений. В частности, возрастает накопление компонентов 1, 3, ги-перозида, суммы изокверцитрина и рутина [5].
Целью исследования является анализ количественного состава фенольных соединений хвои Р. рыжНа из разных ценопопуляций.
Модели и методы. Образцы хвои Р. рыжНа собирались в Оймяконском районе (Республики Саха (Якутия), 01.07.2015, 64°10'57.5"К 143°02'32.3"Б). Сбор, сушка и хранение растительного сырья осуществлялись согласно требованиям, описанным в ГФ XIII [6].
Район сбора растительных образцов в Оймя-конском районе имеет достаточно сложный тип климата. На климат влияет широта, большая удаленность от океана (резко континентальный климат), нахождение на высоте 741 м над уровнем
моря (влияет высотная поясность). Высота над уровнем моря понижает температуру на 4 градуса по сравнению с той, которая наблюдалась бы при нахождении на уровне моря и убыстряет ночное выхолаживание воздуха. Зимой стекается холодный воздух, так как оно находится в котловине. Зимой на территории Томторского наслега температура понижается до —55 °С, а летом повышается до +35 °С, т. е. годовая амплитуда достигает почти 90 °С.
Геоботаническое описание ценопопуляций проводилось по общепринятым методам, проективное покрытие растений в полевых условиях оценивалось в процентах. В результате обработки полученных данных установлено наличие следу-юших ассоциаций P. pumila (табл. 1).
Общие экспериментальные условия. Спектрофо-тометрические исследования проводили на спектрофотометре СФ-2000 (ОКБ Спектр, Санкт-Петербург). Для изучения химического состава исследуемого объекта были использованы методы качественного анализа на содержание дубильных веществ с применением железоаммонийных квасцов [6], на фенольные соединения с помощью гидроксида натрия [6], методика качественного анализа на флавоноиды с применением хлорида алюминия [6], методика количественного определения фенольных соединений с использованием реагента Фолина—Чокальтеу [7], методика количественного анализа на содержание дубильных веществ [6], методика количественного анализа на содержание фенилпропаноидов в пересчете на кофейную кислоту [6].
Статистическую обработку результатов исследований проводили согласно ОФС.1.1.0013.15 «Статистическая обработка результатов эксперимента» ГФ XIII с использованием ПО «Microsoft Ехсе1», статистического пакета «Statistica 7.0» [6].
Результаты и обсуждение. При проведении качественного анализа с помощью гидроксида натрия установлено содержание фенольных соединений в P. pumila. В результате качественного анализа с применением железоаммонийных квасцов подтверждено наличие дубильных веществ
Таблица 1
Характеристика групп типов кедрово-стланиковых лесов
Проективное Характеристика Длина Жизненность
№ Тип леса покрытие подлесок напочвен- ветвей, Почва
стланика ный покров м
1 Багульниково-лишайниковые 50 % Багульник Лишайники 1,1 каменистая, горная 3
2 Багульниковый 70 % Багульник, лиственница 1,5—2,5 горная, маломощная 3
3 Багульниково-ольховниковое 20 % Багульник, ольховник Лишайники 1,5 горная 3
4 Ольховниково-багульниковый 60 % Ольховник, спирея, багульник 4—5 каменистая 3
Таблица 2
Количественное содержание фенольных соединений в хвое Р. рытИа
№ Название ассоциации Содержание фенольных соединений, % Флавоноиды, % Фенилпропаноиды, % Дубильные соединения, %
Р. рытИа
2 Багульниково-лишайниковый 24,95 ± 0,03 1,28 ± 0,05 0,87 ± 0,02 23,94 ± 0,02
3 Багульниковый 30,14 ± 0,03 1,06 ± 0,06 0,71 ± 0,02 24,31 ± 0,02
4 Багульниково-ольховниковое 29,42 ± 0,04 0,953 ± 0,04 0,67 ± 0,02 25,35 ± 0,03
5 Ольховниково-багульниковый 33,93 ± 0,04 1,18 ± 0,05 0,88 ± 0,02 25,56 ± 0,04
в исследуемых объектах. Качественный анализ с хлоридом алюминия показал наличие в хвое Р. рыжНа флавоноидов. В предыдущей работе нами методом ВЭЖХ-УФ было установлено содержание 12 соединений в спиртовом извлечении хвои Р. рыжНа, произрастающего в Верхоянском районе, включая фенилпропаноиды, флавоноиды и их гликозиды, катехин, процианидин и терпены [8]. Установленное в ходе количественного анализа содержание фенольных соединений с использованием реагента Фолина—Чокальтеу в спиртовом извлечении хвои Р. рыжНа в зависимости от ценопопуляций колеблется в пределах от 24,95 ± 0,03 % до 33,93 ± 0,04 % (табл. 2). При этом наибольшее содержание фенольных соединений в хвое Р. рыжНа приходится на образцы из ольховниково-багульниковой ассоциации. Также у данного образца наибольшее содержание дубильных веществ (25,56 ± 0,04 %). В хвое Р. рыжНа из багульниково-лишайниковой ценопопуляции наименьшее содержание фенольных соединений (24,95 ± 0,03 %), вместе с тем наибольшее содержание флавоноидов (1,28 ± 0,05 %). Примечательно то, что в Р. рыжНа из ольховниково-ба-гульниковой ассоциации длина ветвей достигала 4—5 м. Данный факт указывает на то, что условия произрастания из ольховниково-багульниковой ассоциации являются оптимальными для растения этого вида.
Стоит отметить, что жизненность всех образцов из разных ценопопуляций была одинаковой и соответствовала высокому показателю — данный факт демонстрирует хорошую адаптацию особей в Оймяконском районе.
Существенное различие в ценопопуляциях Р. рыжНа заключалось в проективном покрытии. В багульниковом типе леса отмечался наибольший процент покрытия Р. рыжНа (70 %), на втором месте по проективному покрытию Р. рыжНа был ольховниково-багульниковый тип леса (60 %), а наименьший процент покрытия — в багульни-ково-ольховниковом типе леса (20 %). В результате исследования установлена корреляция между проективным покрытием и содержанием вторичных метаболитов. Р. рыжНа из багульниково-ольховникового типа леса (проективное покрытие 20 %) содержал наименьшее количество фла-
воноидов и фенилпропаноидов (0,953 ± 0,04 % и 0,67 ± 0,02 % соответственно).
Таким образом, изменения в количественном составе суммы фенольных соединений в четырех образцах Р. рыжНа находятся в пределах 24,95— 33,93 %, флавоноидов — 0,953—1,28 %, фенилпропаноидов — 0,67—0,88 %, дубильных соединений — 23,94—25,56 %.
Заключение. Качественный анализ подтвердил наличие фенольных соединений (дубильных веществ, флавоноидов) в хвое Р. рыжНа. В ходе сравнения полученных данных было установлено изменение количественного содержания биологически активных веществ фенольной природы в зависимости от ценопопуляции. Наибольшее содержание вторичных метаболитов было обнаружено в ольховниково-багульниковой ассоциации. Различие можно было обнаружить также в морфологических изменениях, так как длина ветвей Р. рыжНа из данной ценопопуляции значительно превосходило среднюю длину ветвей стлаников из других ценопопуляций Оймяконского района. Следовательно, можно сделать вывод, что почвенные, климатические и другие условия в оль-ховниково-багульниковой ценопопуляции близки к оптимальным для растений вида Р. рыжНа.
Также предполагаем, что повышенное содержание фенольных соединений может быть связано с ростом растения в открытой местности, так как с притоком УФ-радиации активизируется протекторная роль флавоноидов от коротковолнового УФ-излучения [9—11]. Минимальные значения суммы фенольных соединений приходится на хвою Р. рыжНа из багульниково-лишайнико-вой ценопопуляции (24,95 ± 0,03 %), но при этом содержание флавоноидов является наибольшим (1,28 ± 0,05 %). По морфологическим отличиям можно заметить малую длину ветвей.
Таким образом, Р. рыжНа в Оймяконском районе показывает хорошую адаптивную способность, угнетенных растений данного вида в различных ценопопуляциях не было обнаружено. При этом на накопление суммы фенольных соединений в Р. рыжНа значительное влияние оказывают тип ценопопуляции, морфологические показатели отдельных растений, проективное покрытие и характеристика почв.
Библиографический список
1. Наконечная О. В., Холина А. Б., Корень О. Г., Журавлев Ю. Н. Характеристика генофондов трех популяций Pinus pumila (Pall.) Regel на границах ареала // Генетика. — 2010. — Т. 46. — № 12. — С. 1609—1618.
2. Чикидов И. И. Особенности произрастания кедровостланиковых сообществ на Олекмо-Чарском нагорье Якутии // Природные ресурсы Арктики и Субарктики. — 2020. — Т. 25. — № 3. — С. 110—116.
3. Ширеторова В. Г., Эрдынеева С. А., Раднаева Л. Д. Изменчивость компонентного состава эфирных масел хвои Pinus pumila в зависимости от климатических факторов // Актуальные проблемы экологии и природопользования. — 2021. — Т. 22. — С. 275.
4. Lauranson J., Lebreton P. Flavonoid variability within and between natural populations of Pinus uncinata // Biochemical systematics and ecology. — 1991. — Vol. 19. — № 8. — P. 659—664.
5. Храмова Е. П. Род Pentaphylloides Hill (Rosaceae) Азиатской России: фенольные соединения, элементный состав в природе и культуре, хемотаксономия: дис. — Центр. сиб. ботан. сад СО РАН, г. Новосибирск, 2016.
6. Государственная фармакопея Российской Федерации / МЗ РФ. XIII изд. Москва, 2015. 1470 с.
7. Singleton V. L., Orthofer R., Lamuela-Raventos R. M. Analysis of total phenols and other oxidation substrates and antioxidants by means of folin-ciocalteu reagent // Methods in enzymology. Academic press. 1999. V. 299. P. 152—178.
8. Васильева А. Г., Чирикова Н. К. Биологически активные вещества хвои кедрового стланика (Pinus pumila (Pall.) Regel) // Медико-фармацевтический журнал «Пульс». — 2020. — Т. 22. — № 7. — С. 68—72.
9. Запрометов М. Н. Фенольные соединения и их роль в жизни растения: 56-е Тимирязевское чтение. — 1996.
10. Дубравина Г. А., Зайцева С. М., Загоскина Н. В. Изменения в образовании и локализации фенольных соединений при дедифференциации тканей тисса ягодного и тисса канадского в условиях in vitro // Физиология растений. — 2005. — Т. 52. — № 5. — С. 755—762.
11. Соловченко А. Е., Мерзляк М. Н. Экранирование видимого и УФ-излучения как механизм фотозащиты у растений // Физиология растений. — 2008. — Т. 55. — № 6. — С. 803—822.
CENOPOPULATION VARIABILITY OF SIBERIAN DWARF PINE IN TERMS OF THE CONTENT OF PHENOLIC COMPOUNDS IN THE OYMYAKON REGION OF THE REPUBLIC OF SAKHA (YAKUTIA)
A. G. Vasileva, Master student, [email protected], M. K. Ammosov North-Eastern Federal University, Yakutsk, Russia, N. K. Chirikova, Ph. D. (Pharmaceutics), Dr. Habil, Professor, M. K. Ammosov North-Eastern Federal University, Yakutsk, Russia
References
1. Nakonechnaya O. V., Kholina A. B., Koren O. G., Zhuravlev Yu. N. Harakteristika genofondov treh populyacij Pinus pumila (Pall.) Regel na granicah areala. Genetika [Characteristics of the gene pools of three populations of Pinus pumila (Pall.) Regel at the borders of the range. Genetics]. 2010. Vol. 46. No. 12. P. 1609—1618 [in Russian].
2. Chikidov I. I. Osobennosti proizrastaniya kedrovostlanikovyh soobshestv na Olekmo-Charskom nagore Yakutii. Prirodnye resursy Arktiki i Subarktiki [Peculiarities of the growth of Siberian stone pine communities in the Olekma-Charsky Highlands of Yakutia. Natural resources of the Arctic and Subarctic]. 2020. Vol. 25. No. 3, P. 110—116 [in Russian].
3. Shiretorova V. G., Erdyneeva S. A., Radnaeva L. D. Izmenchivost komponentnogo sostava efirnyh masel hvoi Pinus pumila v zavisimosti ot klimaticheskih faktorov. A43 Aktualnye problemy ekologii i prirodopolzovaniya [Variability of the component composition of essential oils of Pinus pumila needles depending on climatic factors. Actual problems of ecology and nature management]. 2021. Vol. 22. P. 275 [in Russian].
4. Lauranson J., Lebreton P. Flavonoid variability within and between natural populations of Pinus uncinate. Biochemical systematics and ecology. 1991. Vol. 19. No. 8. P. 659—664.
5. Khramova E. P. Rod Pentaphylloides Hill (Rosaceae) Aziatskoj Rossii: fenolnye soedineniya, elementnyj sostav v prirode i kulture, hemotaksonomiya: dis. Centr. sib. botan. sad SO RAN, g. Novosibirsk [The genus Pentaphylloides Hill (Rosaceae) of Asian Russia: phenolic compounds, elemental composition in nature and culture, chemotaxonomy. Doctoral dissertation, Center. sib. nerd. Garden of the SB RAS]. Novosibirsk. 2016 [in Russian].
6. Gosudarstvennaya farmakopeya Rossijskoj Federacii. MZ RF. XIII [State Pharmacopoeia of the Russian Federation] Moscow, 2015. p. 1470 [in Russian].
7. Singleton V. L., Orthofer R., Lamuela-Raventos R. M. Analysis of total phenols and other oxidation substrates and antioxidants by means of folin-ciocalteu reagent. Methods in enzymology. Academic press. 1999. Vol. 299. P. 152—178.
8. Vasileva A. G., Chirikova N. K. Biologicheski aktivnye veshestva hvoi kedrovogo stlanika (Pinuspumila (Pall.) Regel). Mediko-farmacevticheskij zhurnal "Puls" [Biologically active substances of Siberian dwarf pine needles (Pinus pumila (Pall.) Regel). Medical and pharmaceutical journal "Pulse"\. 2020. Vol. 22. No. 7. P. 68—72 [in Russian].
9. Zaprometov M. N. Fenolnye soedineniya i ih rol v zhizni rasteniya: 56-e Timiryazevskoe chtenie. [Biologically active substances of Siberian dwarf pine needles (Pinus pumila (Pall.) Regel)]. 1996 [in Russian].
10. Dubravina G. A., Zaitseva S. M., Zagoskina N. V. Izmeneniya v obrazovanii i lokalizacii fenolnyh soedinenij pri dedifferen-ciacii tkanej tissa yagodnogo i tissa kanadskogo v usloviyah in vitro. Fiziologiya rastenij [Changes in the formation and localization of phenolic compounds during tissue dedifferentiation of European yew and Canadian yew under in vitro conditions. Plantphysiology]. 2005. Vol. 52. No. 5. P. 755—762 [in Russian].
11. Solovchenko A. E., Merzlyak M. N. Ekranirovanie vidimogo i UF izlucheniya kak mehanizm fotozashity u rastenij. Fiziologiya rastenij [Shielding of visible and UV radiation as a mechanism of photoprotection in plants. Plant physiology]. 2008. Vol. 55. No. 6. P. 803—822 [in Russian].
